中国科大揭示火星核幔分异之谜：远超预期的高温高压环境塑造红色星球

本站 12 月 26 日消息，中国科学技术大学李云国教授团队宣布取得一项重要研究突破，相关研究成果已于 12 月 1 日发表在《科学通报》上。

研究团队利用第一性原理自由能计算，揭示了火星内核和地幔分离（核幔分异）的过程，并发现这一过程发生在远高于先前估计的高温高压环境下。这项研究对理解火星的内部结构和长期演化，乃至其他类地行星的演化，都具有重大意义。

本站注：核幔分异是类地行星演化史上规模最大的物质重组过程，它决定了行星的长期演化格局。理解火星的核幔分异过程，对于认识火星的形成和演化至关重要，同时也为研究地球等其他类地行星的演化规律提供了重要参考。

2018 年，InSight 火星探测器成功发射并着陆。2019 年，该探测器首次探测到火星震信号，研究人员利用这些信号结合地球物理学和矿物学方法，首次精确测定了火星核的大小和状态，并对火星核中轻元素的含量进行限制。基于 InSight 任务的低频火星震数据，研究发现，火星液态核心的密度较低，火星核中存在显著的氧含量。虽然轻元素含量存在不确定性，但通过与核幔分配数据结合，存在进一步约束火星核幔分异过程的可能。

以往，科学家主要通过分析火星陨石中中度亲铁元素的含量，并根据这些元素在高温高压下的分配行为来推测火星核幔分异的条件。然而，由于火星陨石样本有限，且火星核的具体成分尚不明确，导致对这一过程的了解一直存在较大的不确定性。

李云国教授团队采用了先进的第一性原理热力学计算方法，模拟了液态铁与硅酸盐熔体（地幔的主要成分）之间氧化铁（FeO）的分配系数。这项研究结合了美国“洞察”号火星探测器提供的最新火星化学组成数据，对火星的核幔分异过程进行了重新评估，并取得了重要突破。

研究采用了第一性原理热力学计算方法，模拟了液态铁与硅酸盐熔体之间的氧化铁分配系数，结果与现有低压实验数据基本一致，厘清了温度、压力、氧逸度和硫元素对分配行为的影响。

研究团队根据这些结果以及火星氧化还原状态对核幔分异模式条件进行了约束，发现火星的核幔分异发生在超过 2440K 的温度和 14 至 22GPa 的压力下。虽然这些估计值高于先前的报道，但与火星陨石中的中度亲铁元素丰度及火星聚积模型的研究结果相符。

研究人员介绍，这项研究不仅修正了人们对火星核形成条件的认识，还为未来的行星形成模型提供了新的研究视角。

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• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927324008788